KR900008070B1 - 용착 및 플라나화 방법 및 장치 - Google Patents

용착 및 플라나화 방법 및 장치 Download PDF

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크레이그 모셀리 로드릭
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머신 테크놀로지 인코오포레이티드
게리 힐만
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Abstract

내용 없음.

Description

용착 및 플라나화 방법 및 장치
제1도는 본 발명의 한 실시예에 따른 장치의 개략도.
제2도는 본 발명에 따른 한 공정시 제1도의 장치 및 기판의 일부를 확대 도시한 이상화된 개략단편도.
제3도는 제2도와 유사하나 상기 공정의 완료후의 기판을 도시한 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 공정실 12 : 기판홀더
14 : 축 16 : 회전 공급로
18 : 모터 20 : 가열소자
22 : 냉각코일 24 : 전방표면
26 : 클램프 28 : 블로킹 커패시터
30 : 임피던스 정합회로망 32 : 기판 RF전원
34 : 제어수단 36 : 스퍼터 소스 어셈블리
38 : 소스홀더 40 : 스퍼터 소스
42 : 자석 42 : 부식표면
44 : RF전원 46 : 진공펌프
48 : 불활성 가스 공급부 50 : 기판
52 : 절연 후면층 54 : 능동 반도체 소자영역
60 : 바이어 홀 62 : 아다톰
64 : 성장층 66 : 아르곤 이온
70 : 갭
본 발명은 기판 표면상에 어떤 물질층을 용착(depositing) 및 플라나화(planarizing)하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 특징에 따른 방법 및 장치는 초소형 전자 장치의 제조에 특히 유용하다.
통상적으로 초소형 전자장치는 미시적 전자 소자들과 이 소자들을 덮는 일반적으로 플라나 층으로된 절연물질층을 포함하는 층 구조체가 결합되어 있다. 이러한 장치의 제조에 있어서, 절연 물질층에는 작은 홀이 형성되고, 금속층은 금속이 홀로 연장되어 전자소자와 접촉하도록 절연층의 상단부에 부착된다. 이어서, 금속층은 여러 전자 소자로 연장되는 별도의 리이드를 형성하도록 애칭된다. 통상적으로, 금속은 증발, 기체상 반응 공정 또는 가장 전형적인 스퍼터링에 의한 것처럼 기체상으로 부터 절연층상에 용착된다.
스퍼터링시 이온들은 스퍼터 소스 또는 "타겟(target)"에 대하여 추진되어 소위 "아다톰(adatom)"으로 불리우는 그 소스의 원자를 제거하게 되며, 이어서 그것은 코팅될 기판상에 용착되어 층을 형성한다. 통상적으로, 그 공정은 플라즈마 또는 가스 이온의 및 자유전자의 혼합물을 생성하여 전계의 영향을 받아 이온이 스퍼터 소스로 향하게 함으로써 매우 낮은 대기압 이하의 압력하에서 실행된다. 전형적으로 전계는 부의 DC전압 또는 무선 주파수("RF")의 여기신호를 스퍼터 소스에 인가함으로써 형성된다.
RF 여기 신호가 스퍼터 소스에 인가되는 경우, 스퍼터 소스는 또한 본 기술분야에서 잘 알려진 바와같이 플라즈마와 스퍼터 소스간의 인터페이스는 정류기로서 작용하므로 부의 값으로 하전된다. RF스퍼터링은 일반적으로 13.56MHz, 소위 "ISM" 주파수(산업, 과학 및 의학용)와 이보다 높은 ISM주파수의 RF 여기 신호로써 행하여진다.
그 장치로부터의 표류 무선 주파수 방사를 지배하는 규정들은 다른 주파수의 경우보다 ISM주파수의 경우에 훨씬 덜 엄격하다.
용착된 금속은 절연층내의 홀을 완전히 채우지 않을 수도 있으므로 완성된 장치에서 신뢰성 있는 전도 통로를 제공하지 못할 수도 있다. 홀의 전체 표면적은 절연층의 상단면의 평면내에 있는 홀의 개구의 면적보다 크기 때문에, 단위 표면적당 홀에 용착된 물질의 평균량은 플라나 상단면상에 용착된 것보다 작다. 또한, 개구에 인접하여 용착된 물질은 홀 벽의 보다 깊은 부분을 마스크하는 경향이 있으며, 특히 벽의 불량한 폐쇄 및 공간의 형성을 야기하고 또한 용착된 물질내에 언더커트(under cut)가 생기게 한다.
금속층의 상단면, 절연층으로부터 멀리 떨어진 층은 보통 절연층내의 원래의 홀위에 놓인 영역에서 불규칙부 또는 함몰부를 갖는다. 이러한 불규칙부는 다음층이 장치 제조시 금속층상에 용착됨에 따라 훨씬 더 심한 불규칙부를 형성하는 경향이 있다.
동일하지 않은 용착에 의해 생긴 공간 또는 언더커트는 또한 나중의 제조 단계에서 처리 문제를 일으킨다. 홀에서 직면하는 것과 유사한 불완전한 충진과 불규칙적인 상단면 구성 문제는 기체상의 용착층에 의해 덮여진 층내의 홈과 같은 다른 비플라나 설비의 경우에 일어난다. 이러한 문제는 또한 금속이외의 물질로된 용착층에서도 일어난다.
이러한 문제들은 초소형 전자소자의 제조 및 설계라는 다른 분야에서의 계속적인 진보에 따라 특히 심각한 문제로 대두되었다. 이러한 모든 문제들은 홀이나 홈과 같은 설비의 크기가 감소됨에 따라 그리고 층의 구조적 형태의 염격도가 증가됨에 따라, 즉 덮여진 기판층내의 홀, 홈등의 벽이 기판층의 평면에 더욱 거의 수직이됨에 따라 악화된다. 그러나, 반도체 소자를 보다 소형화 하기 위해서는, 점차 더 작은 홀, 홈등을 사용하고 점차 더 엄격한 구조적 형태의 층을 이용하는 것이 필요하다. 따라서, 상술한 문제점은 마이크로전자 공학에서의 진보에 중대한 장애요소가 되었다.
그러므로, 용착층을 플라나화할 수 있는 처리 기술, 즉 층으로 하여금 아래에 놓인 기판층내의 홈 및 함몰부를 보다 완전히 채울 수 있고 또 용착층상에 보다 평탄한 상단면을 제공할 수 있도록 하는 처리기술을 연구하게 되었다. 플라나화는 용착된 금속이나 다른층을 단순히 용융시킴으로써 달성될 수 있다고 알려져왔다.
예를들어, 스퍼터링 공정시에는 스퍼터된 물질의 아다톰이 층과 융합됨에 따라 금속이나 다른 스퍼터링 용착된 층으로 상당한 양의 에너지가 전달될 수 있다. 이러한 에너지의 대부분은 보통 열로 변환된다. 전체층의 온도는 스퍼터된 물질의 고상화 온도(최저 용융 온도)이상으로 상승하므로, 많은 양의 물질이 유동하게 된다. 이러한 대량의 유동은 홀을 효과적으로 채우고 스퍼터된 층상에 평평한 상단면을 제공한다.
그러나, 합금층으로부터의 소자들의 분리, 층내에서의 금속 알갱이의 성장, 아래에 놓인 전자 소자들의 열손상등과 같은 원하지 않은 효과로 인해 대부분의 반도체 응용에서 바람직스럽지 못한 용융이 일어나게 된다.
지금까지 제시되어온 다른 방법은 스퍼터링 공정에 있어서 용착된 층의 이온 충격(ion bombardment) 또는 "리스퍼터링(resputtering)에 의존하고 있다. 따라서, RF 바이어스로써 행한 RF/DC스퍼터링에 의한 알루미늄의 플라나 용착(Homma씨외 저, J.Electro-Chemical Soc. VOL. 132, No. 6, pp. 1466-1472(1985))이란 제하의 논문에 개시된 바와같이, RF 여기신호는 스퍼터링에 의한 알루미늄층의 용착시 타겟 또는 스퍼터 소스뿐만 아니라 기판에도 인가될 수 있다. 통상의 스퍼더링의 경우처럼, RF 여기신호는 약 13.56MHz의 주파수로 리스퍼터링시에 인가된다.
실제로, 기판 표면상에 용착된 금속층은 다른 스퍼터소스 또는 타겟이 된다. 플라즈마로부터의 이온은 층과 충돌하고 층의 상단면으로부터 용착된 금속의 원자들을 제거한다. 제거된 물질의 일부는 홀 또는 다른 표면의 불규칙부를 채우고 또 용착된 층상의 낮은 지점을 채우는 경향이 있다.
리스퍼터링 방법을 사용하면 최소한 용융단계에서 발생되는 악영향의 일부가 제거되거나 경감될 수 있다. 그러나, 리스퍼터링 효과는 금속 용착 공정을 현저하게 늦어지게 한다. 따라서, 어떤 금속이 주요 스퍼터링공정에 의해 층내에서 용착되고 있는 동안 일부는 리스퍼터링 공정에 의해 제거된다. 훨씬 적당한 구조적 형태의 기관층으로 양호한 플라나화를 달성하기 위해서는, 약 50% 내지 70%의 리스퍼터링율이 필요한 것으로 생각된다. 다시 말하여 주어진 시간에 용착되는 금속의 50%는 리스퍼터링에 의해 손실된다. 따라서, 순 용착율은 현저하게 감소되고 또한 스퍼터링 장치의 생산성도 심각하게 저감된다. 또한, 층과 충돌하는 이온은 그것을 가열시키는 경향을 나타낸다. 층에 입력된 전체 열을 경계부내로 유지하고 또 층의 용융을 피하기 위하여, 스퍼터된 아다톰에 의해 공급된 열입력은 이러한 효과를 보상하도록 감소되어야 한다. 리스퍼터링에 의해 야기된 손실과 결합된 이러한 요소로 말미암아 순용착률은 리스퍼터링 없이 얻을 수 있는 경우보다 약 10% 낮게되는 결과를 낳는다. 다시말하여, 공정 시간 및 비용은 이 RF 리스퍼터링 방법의 경우 10배 증가된다.
Skelly씨등의 J. Vac. Sci. Technol. A, vol. 4, No. 3. pp. 457-460(1986년 5/6월)에 의해 교시된 또 다른 방법은 DC 바이어스를 기판에 인가하는 한편 스퍼터링 공정에서 기판이 플라즈마와 근접되게하는 것이다. 이 DC 바이어스는 또한 플라즈마로부터의 이온에 의해 층의 폭발을 야기시킨다. 이것은 어느정도의 플라나화를 일으킨다고 말하여지고 있다. 그러나, 플라나화 효과는 주로 상당한 기간동안 공정이 진행된 후에 발생하므로, 그에 따라 플라나화 효과가 그 공정동안 층내에서 발생된 열에 의해 적어도 부분적으로 야기된다는 것을 나타내게 된다. 따라서, DC바이어스 공정은 층재료의 대량의 용융을 포함하므로 상술한 간단한 용융 공정과 관련된 어떤 단점을 갖게 된다. DC바이어스에 따라 단위 면적당 이온 플럭스 또는 폭발이온의 수는 반드시 "랑뮈르 효과 (Langmuir effect)"에 의해 제한되므로 그 공정의 효율을 저하시키게 된다. 또한, 통상적으로 DC바이어스 공정은 마찬가지로 약간의 리스퍼터링을 약 10% 내지 약 30%의 리스퍼터링 율로 유도한다. 따라서, DC바이어스 공정은 스퍼터링 동작의 생산성을 저하시키고 또 비용을 증가시키게 된다.
본 발명의 한가지 특징은 약 5KHz 내지 약 1MHz바람직하기로는 약 50KHz 내지 약 450KHz 그리고 가장 바람직하기로는 약 100KHz 내지 약 250KHz의 특정 주파수 범위에서 기판 RF 여기를 사용하여 현저하게 우수한 결과를 얻을 수 있다는 것을 발견함으로써 이루어진 것이다. 이러한 본 발명의 특징에 따른 공정에 있어서, 기판을 형성하는 층, 가장 바람직하기로는 금속이 층을 형성하도록 기체상으로부터 기판의 표면상에 용착되고 그층은 플라즈마에 노출되며 상술한 주파수 범위내에서 RF여기 신호가 기판에 인가된다. 기판에 인가된 RF 여기 신호는 기판상에 바이어스를 유도하므로 그것이 용착에 의해 기체상으로부터 형성됨에 따라 플라즈마로부터의 이온이 층과 충돌하게 된다. RF여기신호의 진폭은 바이어스 전압이 약 100 내지 500볼트, 바람직하기로는 약 100 내지 400볼트가 되도록 선택된 것이 좋다. 본 발명에 따른 적합한 주파수 범위에서의 기판에 대한 RF여기에 있어서는, 충돌이온이 층의 표면상에 용착된 물질을 표면으로부터 완전히 제거하는 것이 아니라 그 물질을 이동시키는 경향을 갖는다. 따라서, 실질적인 표면 이동도는 단지 소량의 리스퍼터링으로 얻어질 수 있다. 본 발명의 이러한 특징에 따른 적합한 공정 절차에 있어서, 층의 물질이 충돌이온에 의해 제거되는 리스퍼터링율은 물질이 층에서 용착되는 비율과 비교할때 약 10% 이하가 된다.
또한, 박막내에서의 바람직스럽지 못한 용융, 알갱이 성장 및 분리 현상을 방지하도록 형성된 층의 체적온도가 충분히 낮은 값 즉 용착된 물질의 고상 온도 이하로 유지될 경우에도 이와같이 향상된 표면 이동도가 얻어질 수 있다. 다시말하여, 본 발명의 적합한 특징에 따른 공정 절차는 층의 체적용융없이 층을 플라나화 하는데 충분한 표면 이동도를 제공한다. 가장 바람직스럽기로는, 층내에 용착된 물질의 고상 온도 이하로 층의 체적 온도 웰(well)을 유지하기 위하여 기판의 온도를 제어함으로써 공정동안 제어된다. 그 물질은 스퍼터링에 의해 층내에 용착될 수 있다. 따라서, 스퍼터 소스는 플라즈마에 노출되고 총물질의 아다톰은 스퍼터 소스의 부식된 표면으로부터 기판 표면상에 스퍼터된다. 스퍼터 소스는 그것과 기판이 플라즈마동시에 노출되도록 기판과 나란하게 놓일 수도 있고 소스로부터 기판 표면에 스퍼터시키는 것은 RF 여기신호 또는 DC바이어스를 스퍼터 소스로 인가함으로써 유도된다.
본 발명의 적합한 특징에 따른 공정은 층을 형성하도록 기체상의 물질을 용착하는 한편 층을 물질을 고상온도 이하의 체적 온도로 유지하고, 층 표면상의 물질을 실질적으로 이동시키기 위하여 층을 이온과 충돌시키는 한편 이온 충돌에 의한 층 물질의 리스퍼터링율을 약 10% 이하의 증착율로 유지하는 것으로 특징지워질 수 있다. 이동성의 정도는 "표면 이동도 파라미터"에 의해 특징지워질 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와같이, "표면 이동도 파라미터"는 원자가 표면을 따라 이동하게될 평균거리를 의미한다. 표면 이동도 파라미터는 층의 상부 표면상의 고체상과 기체상 사이의 계면에서의 원자의 운동 에너지 또는 온도와 직접 상관관계를 갖는다. 본 공정에 있어서, 이러한 표면온도는 통상적으로 층의 체적온도 즉 상부표면으로부터 멀리 떨어진 층의 온도와 다르다. 본 발명에 따른 공정은 약 1μm 또는 그이상, 바람직하기로는 1.5μm이상에 해당하는 표면 이동도 파라미터를 제공한다. 이러한 표면 이동도 파라미터는 층 물질의 용융 온도 범위를 초과하는 표면 온도 웰을 의미한다. 본 발명에 따른 적합한 공정은 층의 체적 온도가 용융 범위 이하 즉 물질의 고상온도 이하의 웰일지라도 이러한 높은 표면 이동도 파라미터를 제공한다. 다시말하여, 본 발명의 이러한 특징에 따른 적합한 공정은 표면 온도와 체적 온도가 실질적으로 차이가 생기도록 한다.
표면 이동도 따라서 플라나화 효과는 용착층의 체적온도를 실내 온도 이상으로 유지함으로써 보다 향상될수 있다. 표면 온도와 체적온도 사이에서 차이가 주어지는 경우, 표면온도 따라서 표면 이동도는 체적온도에 따라 직접 변화한다.
본 발명의 적합한 특징에 따라 얻어진 표면 온도와 체적 온도 사이의 상당한 차이로 인해 비교적 낮은 체적 온도에서도 높은 표면이동도 파라미터가 제공된다할지라도, 층의 체적온도를 실내 온도 이상, 특히 약 150℃이상이지만 용착된 물질의 고상 온도이하인 온도로 유지하는 것이 바람직하다. 금속 및 금속합금, 특히 알루미늄 또는 알루미늄계 합금(약 50%이상의 알루미늄을 함유하는 합금)의 용착에 있어서, 층의 체적온도가 약 150℃가 내지 약 525℃ 가장 바람직하기로는 약 475℃ 내지 약 525℃가 되는 최적의 결과가 얻어진다. 층의 체적온도와 기판의 온도는 통상적으로 층과 기판 사이에서 양호한 열전달이 있기 때문에 서로 근접하게 된다. 층의 체적 온도는 그 공정시 기판으로부터 열을 추출하거나 용착율을 제어하여 용착된 층물질에 의해 층과 기판에의 열부가율을 제어함으로써 제어될 수 있다. 또한 층 체적 온도는 그 공정을 일시적으로 중단하고, 이러한 중단시 기판으로 부터 열을 추출한 다음 그 공정을 재개시함으로써 제한될 수 있다. 이러한 기술은 특히 기판으로부터의 열 전달율이 제한되는 경우에 유용하다.
본 발명에 의해 얻어진 플라나화 효과는 스퍼터 소스와 기판간의 특별한 구조적 형태의 관계에 의해 보다 향상될 수 있다. 가장 전형적인 응용에 있어서, 기판 표면은 일반적으로 플라나 형태 즉 노치, 홈, 홀 및 평면으로부터 이탈하는 다른 요부와 같은 소 영역을 가진 특정 평면내에 주영역 또는 랜드(land)를 가진 표면으로 되어 있다. 플라나화는 일반적으로 플라나 부식 표면을 가진 스퍼터 소스를 사용하고 부식 표면의 평면과 기판 표면의 평면이 예각, 바람직하기로는 약 10°내지 역 45°가장 바람직하기로는 약 30°를 이루도록 스퍼터 소스와 기판 표면을 위치시키는 것에 의해 향상된다. 따라서, 부식 표면으로부터 스퍼터된 아다톰은 기판 표면에 수직인 백터에 대하여 비스듬하게 향하게 되는 경향이 있다. 따라서, 그 아다톰은 표면의 평면을 따라 운동량을 전달하며, 이에 따라 그 표면을 따르는 층 물질의 재분배가 보다 향상된다. 플라나화는 기판 표면의 평면에 수직인 축 주위에서 기판을 회전시키는 것에 의한 것처럼, 그 공정시 기판을 스퍼터 소스에 대하여 이동시키는 것에 의해 보다 향상될 수도 있다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 공정을 수행하기 위한 장치를 제공해준다. 그 장치는 기판을 유지시키기 위한 수단과 기체상의 기판 표면상에 물질을 용착시켜서 그 물질로된 층을 형성하기 위한 용착수단을 구비하며, 또한 용착 수단의 작동시 기판 표면에 근접되게 플라즈마를 제공하기 위한 수단 및 약 5KHz 내지약 1MHz의 주파수에서 RF여기신호를 기판에 인가하기 위한 RF전력 수단을 구비한다. 전형적으로 용착수단은 부식 가능한 표면이 일반적으로 기판을 향해 마주보도록 구식 가능한 표면을 가진 스퍼터 소스를 기판에 근접되게 유지하기 위한 수단과 바이어스를 스퍼터 소스에 인가하여 부식 가능한 표면으로부터 기판 표면상으로의 물질의 스퍼터링을 일으키기 위한 소스 전력수단을 구비한다. 이러한 구성에 있어서, 플라즈마제공 수단은 소스 전력수단을 포함할 수도 있다. 적합한 공정에 대한 전기 설명으로부터 알 수 있는 바와같이, 기판의 전력 수단은 특정 여기 주파수들을 플라나화를 증진시키도록 기판에 제공한다.
본 발명에 관하여 보다 완전하게 이해할 수 있도록 이하 첨부도면을 참조로 하여 설명하기도 한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 장치는 공정실(10)을 구비하며, 기판 홀더(12)는 그 실의 측벽내의 절연된 회전 공급로(16)를 통해 연장된 축(14)상에 공정실(10)내에서 장착된다. 축(14)과 기판 홀더(12)는 공정실(10)의 벽과 마찬가지로 전도성 금속 성분으로 되어 있으나, 축과 기판 지지부는 공급로(16)에 의해 공정실(10)의 벽으로부터 전기적으로 절연된다. 축(14)은 모터(18)에 연결되므로, 그 축은 그것의 축선 주위에서 회전될 수 있다.
기판홀도(12)에는 전기 저항성 가열소자(20) 및 냉각코일(22)이 마련되는데, 이들은 적당한 가열 전원 및 냉각원(도시생략)에 접속된다. 기판 홀더는 일반적으로 플라나 형태로된 전방 표면(24)과 반도체 웨이퍼와 같은 플라나 가공물을 그 전방 표면(24)상에 유지시키기 위한 클램프(26)를 갖는다. 축(14)의 축선을 일반적으로 수평이며, 전방 표면(24)는 실질적으로 수직인 평면에 놓여 있다.
축(14)과 이에 따른 기판 홀더(12)는 DC블로킹 커패시터(28) 및 임피던스 정합 회로망(30)을 통해 저주파수의 기판 RF 전원(32)에 전기적으로 접속된다. 그 RF전원은 약 5KHz 내지 약 1MHz의 주파수 범위를 갖는 RF 여기 신호를 제공하도록 배열되는데, 이 여기신호의 진폭 및 주파수는 제어수단(34)에 의해 제어될 수 있다.
플라나 마그네트론 스퍼터 소스 어셈블리(36)도 또한 공정실(10)내에 장착된다. 스퍼터 소스 어셈블리(36)는 평판형 스퍼터 소스(40)를 유지시키도록 배열된 타겟 또는 소스홀더(38)와 스퍼터 소스(40)의 근처에 일반적으로 아치형인 자계를 제공하도록 자석(42)을 구비한다. 플라나 마그네트론의 구조 및 동작은 스퍼터링 기술분야에서 잘 알려진 통상적인 것이므로 여기서는 그 설명을 생략한다.
본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 스퍼터 소스 홀더는 그것의 전방 또는 부식 표면(42)이 일반적으로 공정실(10)내에서 수직으로 연장되고 또한 부식 표면(42)이 기판 홀더(12)의 플라나 전방 표면에 대하여 예각으로 배치되도록 스퍼터 소스(40)를 유지시키기 위하여 배열된 것이다. 스퍼더 소스 어셈블리(36)는 또한 공정실(10)의 벽으로부터 전기적으로 절연된 스퍼터 소스 또는 타겟(40)을 유지시키기 위한 적당한 수단과, 스퍼터 소스(40)를 스퍼터 소스의 RF전원(44)에 접속하기 위한 리이드를 구비한다. 전원(44)은 13.56MHz의 여기 주파수에서 RF여기신호를 소스(40)에 인가하도록 배열된다. 이 여기신호의 진폭은 제어수단(34)에 의해 제어될 수 있다.
통상의 진공 펌프(46)와 불활성 가스 공급부(48)는 공정실(10)의 내부에 접속된다. 그리고 통상의 계기(49)는 공정실내의 압력과 공정실내의 물건의 온도를 감시하기 위하여 공정실내에서 접속된다.
본 발명의 한 실시예에 따른 공정에 있어서, 기판(50)을 홀더(12)의 일반적으로 플라나 형태인 전방 표면(24)상에 장착된다. 제2도에서 잘 알수 있는 바와같이, 기판(50)은 다층 반도체 구조체를 갖는 반도체 웨이퍼이다. 이 구조체는 절연 후면층(52), 능동 반도체 장치 영역 또는 소자(54) 및 절연 전면층(56)을 갖는다. 전면층(56)은 편평하고 코플라나(coplanar)형태인 랜드(59)와 능동 반도체 소자(54)를 향해 랜드의 평면(58)에 수직인 기판내로 연장된 바이어 홀(60)을 가진 일반적으로 편평한 전방 표면(58)을 갖는다.
제2도에서는 이러한 상기 설비의 크기가 크게 과장되어 표현되고 있음을 알 수 있을 것이다. 전형적으로, 각 층은 두께가 2μm이하이다. 홀(60)의 직경 w은 약 1 내지 2μm이고 깊이 d는 약 1미크론이다. 홀에 대하여 본 명세서에서 사용되고 있는 "특성비(aspect ratio)"란 용어는 그것의 직경으로 분할될 홀의 깊이를 의미한다. 홀(60)은 약 0.5이상의 특성비를 가지며 특히 습격한 구조적 형태로된 웨이퍼의 경우에는 약 1.0이상의 특성비를 가질 수도 있다. 또한, 홀의 외주 벽은 랜드(59)의 평면에 대하여 실질적으로 수직으로 연장된다. 제2도에서 알 수 있는 바와같이, 전체 기판(50)은 수천개의 능동 반도체 소자와 수천개의 바이어 홀(60)을 포함한다. 그리고 기판의 전방표면은 랜드(59)로부터 기판으로 연장되는 홈, 노치 등과 같은 다른 리세스를 포함할 수도 있다.
그 공정에 있어서, 스퍼터 소스(40)는 스퍼터 소스 홀더(38)에 장착되고 기판(50)은 보지기(26)에 의해 홀더(12)의 전방표면(24)상에 장착되므로, 스퍼터 소스 및 기판의 전방표면(42), (58)은 공절실(10)내에서 수직으로 연장되고 기판의 전방 표면(58)은 일반적으로 스퍼터소스의 전방표면(42)과 마주보게 된다.
스퍼터 소스 및 기관의 전방 표면(42), (58)은 서로 예각을 이루는데, 이 각도는 약 10°내지 45°가 바람직하며, 가장 바람직하기로는 약 30°이다. 스퍼터 소스(40)는 기판상에 용착될 물질로 이루어진다. 예시된 공정에 있어서, 스퍼터 소스는 약 94%의 알루미늄 및 약 6%의 구리의 합금으로 형성된다.
진공펌프(46) 및 불활성 가스원(48)은 공정실을 세정하고 그 공정실을 순수 아르곤으로 채운 다음 그 공정실이 약 5×10-7Torr이하, 바람직하기로는 이보다 훨씬 낮은 내부 압력으로 되게 하도록 작동된다. 따라서, 공정실은 고도로 정화된 순수 아르곤 대기를 포함한다. 가열기(20)는 기판홀더(12)와 이에 따른 기판(50)을 약 150℃ 내지 약 450℃ 가장 바람직하기로는 약 250℃ 내지 약 350℃의 예비가열 온도로 예비가열하도록 작동된다. 스퍼터 소스의 RF전원 수단(44)은 RF 여기신호를 스퍼터 소스 또는 타켓(40)에 인가하도록 작동된다. RF여기신호는 스퍼터 소스(40)의 부식 표면(42)과 공정실(10)의 벽사이에서 자활의 전기방전을 일으키며, 이에따라 공정실내의 정화된 아르곤 가스가 플라즈마로 변환된다. 자석(42)은 이용된 낮은 기체 압력에서 자활의 기체 방전이 일어나는 것을 돕는다.
글로우 방전에 의해 생성된 플라즈마는 정으로 하전된 아르곤 이온과 자유전자를 포함한다. 스퍼터 소스에 인가된 RF여기신호는 강한 부 바이어스를 유도하므로, 플라즈마의 아르곤 이온은 알루미늄과 구리 원자의 하전되지 않은 아다톰(62)을 제거하는 스퍼터소스의 부식 표면(42)과 충돌한다. 이와같이 제거된 아다톰(62)은 가스상이며 기판(50)의 상부표면(58)을 향해 통과한다. 자유 금속 아다톰(62)은 일반적으로 표면(42)에서 (58)로의 직선 경로를 따르지 않으며 또한 여러 다른 방향으로 향하는 속도로써 표면(58)에 도달한다. 그러나, 이러한 모든 다른 속도의 백터 합은 일반적으로 표면(42)에 수직인 벡터를 따르게 된다.
아다톰(62)은 표면상에 도달하여 기판의 전방표면(58)상의 용착된 층(64)에 축적된다. 도달된 아다톰(62)은 상부표면(58)에 평행한 방향에서 감지 가능한 속도 성분을 가지므로, 층의 이전에 용착된 부분과 충돌하는 아다톰은 층과 기체상 사이의 경계면에 있는 물질을 기판의 전방 표면에 평행한 방향으로 이동시키려는 경향을 갖는다. 또한, 용착 공정시 모터(18)는 축(14)와 이에따른 기판(58)을 상부 표면(58)에 수직인 축주위에서 회전시키도록 동작된다. 그 회전속도는 층의 1% 이하가 기판 홀더의 매회전 동안 용착되고, 적어도 약 50rpm이하가 되도록 선택되는 것이 바람직하다. 아다톰에 의해 전달된 운동량은 매회전시 다른 시간에서 기판의 전방표면에 평행한 다른 방향으로 향하게 될 것이다.
기판의 RF전원 수단(32)은 DC차단 RF 여기 신호를 축(14)에 따라서 기판 홀더(12) 및 기판(50)에 공급하도록 동작된다. 기판에 인가된 RF 여기신호는 기판의 상부 표면(58)상에 부의 DC바이어스를 유도한다. 이 바이어스의 크기는 전형적으로 Rf여기신호의 첨두치 전압의 절반이 된다. 발진하는 RF 여기 전위와 DC바이어스의 영향을 받아서 아르곤 이온(66)(제2도)은 기판을 향해 가속되어 성장층(64)과 충돌하게 된다. 알수 있는 바와같이, 제2도는 이러한 상호작용에 대한 이상적, 이론적 개념을 표현한 것이며 본 발명은 이러한 동작이론에 의해 제한되지 않는다. 동작 메카니즘에 관계없이, 성장층과 충돌하는 아르곤 이온은 용착된 층 물질을 이동시키며 이에 따라 용착된 물질은 층내의 저 지점, 즉 바이어홀(60)과 기판 상부표면내의 어떤 다른 요부(도시생략)내로 퍼지게 된다. 이동된 물질은 이러한 요부를 채우고 제3도에서 보는 바와같이 용착된 층상에 실질적으로 편평한 상부 표면을 제공하게 된다.
또한, 본 발명이 어떤 동작이론에 의해서도 제한 받지 않으나, 이러한 효과는 차폐현상으로부터 야기되는 것으로 생각된다. 따라서, 저 지점 또는 요부내에 놓인 물질은 어느정도 충돌하는 아르곤 이온으로부터 차폐된다. 또한 이들 사이에서의 금속 원자의 상호작용과 같은 다른 효과가 영향을 미칠수도 있다.
기판(50)에 인가된 RF여기신호의 주파수 및 진폭은 얻어진 이동 효과에 영향을 주며 또한 기타 덜 원하는 효과에도 영향을 준다. 상술한 바와같이, 기판의 RF 여기 주파수는 약 5KHz 내지 약 1MHz, 바람직하기로는 약 50KHz 내지 약 450KHz 그리고 가장 바람직하기로는 약 100KHz 내지 약 250KHz이어야 한다.
RF 여기신호의 진폭은 약 100 내지 약 500볼트, 보다 바람직하기로는 약 100 내지 약 400볼트의 플라스마에 대한 기판의 바이어스 전압을 제공하도록 선택하는 것이 좋다. 따라서, 기판에 인가된 RF 여기 신호의 첨두치 진폭은 약 200 내지 1000볼트, 바람직하기로는 약 200 내지 800볼트가 되어야 한다. 기판의 RF여기신호는 기판 전방표면의 면적의 제곱센티미터당 약 1.5와트 이하 바람직하기로는 약 1.3W/cm2그리고 가장 바람직하기로는 약 0.5 내지 1.3W/cm3이하의 전력 플럭스를 기판(50) 및 용착된 층(64)를 통해 플라즈마에 공급하는 것이 좋다.
상술한 특정 주파수에서, 아르곤 이온과 층 표면에서의 아다톰간의 상호작용은 리스퍼터링 보다는 이동을 증진시키는 경향이 있다. 따라서, 전형적으로 약 10% 이하의 매우 낮은 리스퍼터링율로써 완전한 플라나화가 달성될 수 있다.
즉 적합한 주파수 범위의 RF 여기로부터 비롯된 충돌 이온은 이온 운동 에너지의 리스퍼터링으로의 변환보다는 이동화로의 변환, 즉 층 표면으로부터 기체상으로의 물질의 완전한 제거를 촉진하는 특별한 에너지분배를 행하는 경향이 있다. RF 여기신호의 영향하에서 플라즈마로부터의 표면과 충돌하는 이온의 에너지분포를 예측하는 방정식 및 여기 진폭에 대한 바이어스 전압의 관계식은 잘 알려져 있다. 이러한 식들은 예를들어 R. T. C. Tsui에 의한 "이온 충돌 에너지의 계산 및 RF 스퍼터링에서의 그것의 분포"란 제하의 논문(RhysicaI Review,Volume 168, No. 1, April 5, 1968, pp. 107-113)에 기재되어 있다. 여기서 이 논문의 기재사항을 참고하기로 한다. 상기 Tsui의 논문에서 보다 상세히 기재하고 있는 바와같이, 표면과 충돌하는 이온은 RF 여기신호에 의해 유도되는 바이어스 전압(RF 여기신호의 첨두치 진폭의 대략 절반에 해당함)에 대응하는 소정의 중앙 에너지 레벨 Vo를 중심으로 하는 에너지 분포를 나타내는 경향이 있다. 약 13.56MHz의 여기 주파수의 경우에, 에너지 분포는 Vo주위에서 밀집된다. 따라서, 이온 에너지 분포는 동일 전압 Vo의 DC바이어스로부터 비롯된 것과 실질적으로 동일하다. 그러나, 본 발명에서 이용된 적합한 범위의 여기 주파수에 대하여, 이온 에너지 분포는 보다 넓으며 비교적 낮은 에너지의 이온들의 극히 실질적인 부분을 포함한다. 또한, 본 발명은 어떤 동작이론에 의해서 제한받지 않으나, 본 발명에 따른 적합한 RF여기신호의 영향을 받아 성장층과 충돌하는 실질적인 수의 비교적 낮은 에너지를 가진 이온들은 이동에는 상당히 기여하지만 감지가능한 리스퍼터링의 원인이 되지 않는 것으로 생각된다.
특정기판에 대한 특정 여기 주파수는 두가지 중요한 효과를 고려함으로써 선택될수 있다. 첫째, 상술한 바와같이, 주파수가 낮을 수록 더 넓은 충돌 이온에너지 분포를 제공해주므로, 이동에는 기여하지만 리스퍼터링에는 거의 기여하지 않는 보다 많은 충돌 이온을 제공해주는 경향을 갖는다. 그러나, 이용된 조건하에서 기판이 감지가능한 용량성 리액턴스를 갖는 전기 절연체인 경우에, RF 여기 신호는 기판을 통해 교번전위차를 유도하게 된다. 따라서, 어떤 주어진 순간에 기판의 전방표면(58)은 기판홀더(12)와 접촉된 후방표면과 약간 다른 전위를 나타낸다. 이러한 전위차는 기판의 단부 및 기판 설비에서 원하지 않는 예측불가능한 전계를 생성할 수 있으며, 이러한 전계는 이어서 플라나화를 방해할 수 있는 충돌 이온의 집중 또는 분산을 야기할 수도 있다.
이러한 효과를 실질적으로 제거하기 위하여, 기판에 인가된 RF 여기 신호의 주파수는 용량성 효과에 의해 야기된 기판과 성장층을 통한 최대 전압차가 RF 여기 신호에 의해 유도된 바이어스 전압의 약 5% 이하, 바람직하기로는 약 10볼트이하 가장 바람직하기로는 약 5볼트이하가 될만큼 높은 것이 좋다. 50KHz-400KHz 범위, 특히 100-250KHz 범위의 주파수는 약 0.010-0.040 특히 약 0.020인치 두께의 실리콘 및 이산화 실리콘계의 기판과 단위 면적당 동일한 용량을 가진 기판에 대하여 이러한 경합적 고려대상에 대한 양호한 균형을 제공해준다. 단위 면적당 더 큰 용량을 가진 기판에 대하여 적합한 주파수 범위의 하한은 약간 위쪽으로 이동되는 반면, 단위면적당 더 작은 용량을 가진 기판에 대하여는 적합한 주파수 범위의 하한이 약간 감소될 수 있다. 수학적으로 표현하자면, 기판을 통한 용량성 전압 강하는 다음식으로 주어진다.
Figure kpo00002
(여기서, V는 기판을 통한 전압강하이고,
Φ는 기판 상부 표면의 단위면적당 전력밀도이고,
Xc는 기판의 용량성 리액턴스이며,
A는 기판 상부 표면의 면적이다).
그런데,
Figure kpo00003
이므로,
(여기서, d는 기판의 평균 두께이고,
f는 기판에 인가된 RF 여기 신호의 주파수이고,
k는 기판 물질의 유전 상수이며,
∈o는 자유공간의 유전율이다.)
따라서,
Figure kpo00004
여기서, fmin은 최소 RF 여기 주파수이고, Vmax는 기판을 통한 소정의 최대 전압 강하이다. )
성장층(64)의 표면에 도달하여 층과 융합되는 금속 아다톰은 그층에 상당한 에너지를 전달한다. 전형적으로, 그 아다톰은 약 30,000。K의 온도에서 알루미늄 증기원자의 운동에너지에 대응하는 속도 및 운동에너지를 갖는다. 이 에너지는 금속원자가 층과 융합됨에 따라 층내에서 열로 변환된다. 또한 충돌 이온에 의해서 층의 전방 표면에서 금속원자에 전달된 에너지는 결과적으로 층내에서 열로 변환된다. 따라서, 그 공정시 층내로 실질적인 열이 입력된다. 용착된 금속층이 기판의 전방 표면과 친밀하게 접촉되고 기판의 여러 소자들이 서로 친밀하게 접촉됨에 따라, 층으로부터 기판을 통한 양호한 열 전달이 있게되므로, 기판(58)의 온도는 층(64)의 체적 온도를 추적하여 기판이 성장층에 대한 "열싱크"로서 작용한다. 그러나, 기판의 얼용량은 제한되고 이에따라 기판의 온도도 그 공정시 증가된다. 층(64)이 용융되는 것을 막고 기판을 열손상으로부터 보호하기 위하여, 기판 및 층의 체적 온도를 조절하도록 적당한 수단이 이용된다. 따라서, 적당한 수단은 공정시 기판과 성장층으로부터 열을 추출하게 된다.
용기(10)의 벽이 전형적으로 기판보다 냉각됨에 따라, 기판 및 층에서 용기(10)의 벽으로의 약간의 열전달이 있게된다. 따라서, 그 벽은 기판 및 층으로부터 약간의 열을 추출하도록 작용한다. 통상적으로, 그 벽은 비교적 두텁기 때문에, 그 벽의 온도는 그 공정시 감지할 수 있을 정도로 상승하지 않는다. 그러나, 원한다면 그 벽에는 냉각코일등과 같은 적절한 냉각소자가 마련될수 있다.
기판홀더(12)는 또한 기판으로부터 열을 추출하도록 작용한다. 기판홀더(12)는 그 공정시 얻어질 기판 및 용착된 층의 소정의 최대 온도보다 실질적으로 낮은 온도로 유지된다. 따라서, 기판(12)가 예비가열되는 온도는 기간 및 층의 소정의 최대온도보다 낮아야 한다. 통상적으로, 기판홀더(12)는 기판홀더의 온도가 그 공정시 감지가능할 정도로 상승하지 않도록 충분한 중량 및 특별한 열을 가지게 된다. 그러나 원한다면 그 공정시 열은 냉각 코일(22)과 같은 추가 냉각 수단 및 냉각액의 외부 소스에 의해 기판 홀도로부터 추출될 수도 있다.
기판의 베이스층(52) 및 기판홀더(12)의 대향표면은 모두 명목상으로 편평하지만, 이 표면들에는 편평성으로부터의 작은 편차가 있을수 있으며 이에따라 이들 대향 표면들 사이에 작은 갭(70)(제2도)이 생길수도 있다. 그 공정에 이용된 압력은 낮기 때문에 갭(70)은 열전달에 관한한 효과적으로 진공 공간이된다. 따라서, 이 갭들을 통한 전도 및 대류는 무시할 수 있으며, 기판으로부터 기판홀더로의 대부분의 열전달은 통상적으로 기판으로부터 기판홀더로의 복사에 의해 진행된다. 기판으로부터 기판홀더로의 열전달율은 기판의 주변에서 기판을 기판홀더에 밀봉하고 기판과 기판홀더 사이에 감지가능한 절대 압력하의 가스와 같은 유체를 집어넣는 것과 같은 기술에 의해 증가될 수 있다. 그러나, 이러한 기술도 공정 및 장치의 복잡성을 상당히 심화시키므로 바람직스럽지 못하다. 더우기, 본 발명에 따른 적합한 기술에 의하면 층과 기판에 적당한 에너지를 입력시키는 것만으로 양호한 플라나화 및 비교적 높은 층 형성율을 얻을 수 있기 때문에 보통 이러한 기술은 불필요하다.
층 형성 이전의 기판의 구조적 형태가 특별히 복잡하여 이동 및 충돌 이온에 의해 전달된 이동 에너지에 대하여 많은 요건이 필요한 경우 또는 층 및 기판의 온도가 특히 낮은 값으로 제한되어야 하는 경우처럼 특별히 곤란한 경우에는, 스퍼터 용착 및 충돌 단계시 상술한 바와같이 기판 또는 층으로부터 열을 추출하고, 또 용착 및 이온 충돌을 중단하는 한편 열 추출 단계를 계속한 다음, 이어서 이온 용착 및 충돌 단계를 재개함으로써 온도를 조절할 수 있다. 이러한 일련의 단계는 필요한 횟수만큼 반복될 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 중단시 층 및 기판으로부터의 열 추출은 스퍼터 용착 및 충돌 단계시의 열 추출을 보충해준다. 또한, 상당히 덜 바람직하기는 하지만 중단시에만 열을 추출하는 것도 가능하다.
스퍼터 소스의 RF전원(44)에 대한 제어에 의한 스퍼터 용착율의 제어는 기판에 입력된 열을 조절하는 것에 의한 기판 및 층의 체적 온도에 대한 제어에 기여한다. 그러나, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 공정에 있어서 기판에 대한 금속층의 용착율을 비플라나화 공정의 경우와 실질적으로 동일하게 될수 있다. 따라서, 알루미늄 또는 알루미늄계 합금의 경우, 본 공정시 5000Å/min, 전형적으로는 약 10,000Å/min을 초과하는 기판 전방 표면에 대한 순용착율이 여전히 소정의 낮은 체적 온도를 유지하고 또 실질적으로 완전한 플라나화를 달성하면서도 얻어질 수 있다. 본 발명에 따른 적합한 공정에 이용되는 매우 낮은 리스퍼터링율, 전형적으로 10% 이하, 그리고 가장 전형적으로는 약 7% 내지 10% 이하의 리스퍼터링율은 비교적 높은 순용착율에서 동작을 용이하게 한다. 기판의 전방 또는 랜드 표면에 수직인 주변 벽과 함께 바이어 홀을 포함하고 약 1.5μm 또는 그이하의 직경을 가지며 약 0.5, 0.75 또는 그 보다 훨씬 더 높은 특성비를 가진 구조와 같은 특별히 복잡한 형태의 구조의 경우에도 실질적으로 완전한 플라나화가 얻어질 수 있다. 따라서, 이러한 기판을 덮는 층은 전체 바이어홀(60)이 금속으로 완전히 채워지는 정도로 플라나화 될 수 있으며, 이에 따라 제3도에 예시된 바와같은 반도체장치의 배후의 능동구조(54)와 훌륭한 접촉을 이루게된다. 또한, 이러한 완전한 플라나화는 단지 중요치 않고 지장이 없을 만한 정도의 알갱이 성장으로, 즉 약 7,000Å 이하 바람직하기로는 약 5,000Å 이하의 알갱이 크기를 유지하면서 얻어질 수 있다. 그리고 층물질에서 원소의 분리가 전혀 검출되지 않는다. 따라서, 구리나 실리콘 같은 원소가 알루미늄에 부가되는 경우에도, 이 요소들은 층 전체를 통해 균일한 분포상태를 유지하게된다. 본 분야야의 숙련 기술자라면 손쉽게 알수 있는 바와같이, 상기 바이어홀은 플라나화 공정에 대한 특별히 복잡한 시험을 제공한다. 경사진 바이어홀이나 슬로트등과 같은 덜 복잡한 구조적 형태의 설비는 상술한 공정을 사용하여 완전히 덮여져 플라나화된 층에 의해 채워질수 있다.
또한, 상술한 설비의 여러가지 변형 및 조합이 이용될 수도 있다. 예를를어, 아르곤이 플라즈마를 형성하는데 이용될 필요가 없으며 네온, 크세논등과 같은 다른 불활성 가스가 스퍼터링 공정에 사용될 수도 있다. 그리고, 알루미늄 및 알루미늄계 합금 이외의 다른 금속이 본 발명에 따라 용착되어 플라나화될 수 있다. 전형적으로 성장 층의 표면상에서 특정 금속 또는 금속합금을 이동시키는데 필요한 충돌 이온 에너지는 직접 그 물질의 용융 온도에 관계된다. 따라서, 여기 주파수에서 기판에 인가된 전력은 용융온도에 따라 조정될 수 있다. 또한, 금속 이외의 다른 물질이 본 발명에 따라 용착 및 플라나화될 수 있다. 특히, 비교적 낮은 용융점을 가진 유리 조성물이 본 발명에 따라 스퍼터 용착 및 플라나화될 수 있다. 전형적으로 알갱이 성장은 유리층의 중착 또는 플라나화에서의 문제점이 아니지만, 본 발명에 따른 적합한 공정에 이용된 비교적 낮은 층 체적 온도는 유리층과 배후 기판사이의 경계부에서 열적 응력을 최소화시키는 경향이 있다. 이와같이 상대적으로 열적응력을 받지 않는다는 것은 또한 금속층의 경우에 유리하다.
상술한 적합한 공정에 있어서, 층내에 용착된 물질은 스퍼터 소스 또는 타겟(40)으로부터 스퍼터링함으로써 기체상으로 주입된다. 이러한 스퍼터링 공정이 본 발명에 따른 공정에 적합하지만, 층 물질을 증착시키는 다른 방법이 이용될 수도 있다. 예를들어, 알루미늄 및 알루미늄계 합금과 같은 금속이 소스로부터 스퍼터되기 보다는 소스로부터 증발될 수 있다. 이러한 증발 절차는 충돌 이온을 제공하도록 기판에 근접해 있는 플라즈마를 이용할 것이다. 증발 될 알루미늄 원자는 플라즈마를 통과하고 적합한 공정에서 스퍼터된 알루미늄원자 경우처럼 기판 표면상에 용착할 것이다. 또한 층내에서 용착 및 플라나화될 물질이 플라즈마 자체로부터, 즉 플라즈마를 이용한 화학적 증착 절차에서 유출될수 있다. 또한, 플라즈마를 충돌 이온의 소스로서 이용하고, 상술한 바와같이 기판의 RF 여기에 의해 플라스마로부터 이들 이온을 인출하는 것이 좋을 것이다. 그러나, 가장 넓은 범위에서 본 발명은 기판과 충돌하는 이온이 플라즈마로부터 유출되지 않는 대신에 기판을 향하고 있는 이온 층과 같은 다른 소스로부터 유출되도록하는 시스템을 계획하는 것이다.
용이하게 알수 있는 바와같이, 본 발명에 따른 적합한 공정에 의해 얻어진 것과 유사한 이동 및 플라나화 효과는 이온층으로부터 나온 이온이 상술한 적합한 공정에서 기판 및 성장층과 충돌하는 플라즈마이온의 에너지 분포와 유사한 에너지 분포를 갖고 기판과 충돌하도록 이온층 또는 다른 이온 소스를 동작시킴으로써 얻어질 수 있다. 그러나, 본 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 이해할 수 있겠지만, 이온 총은 전형적으로 제한된 비율의 이온 충돌만을 제공할 수 있으며 따라서 노출된 기판 표면의 실질적인 면적이 처리되어지는 경우에는 훨씬 덜 적합하게 된다.
청구의 범위에 정의된 바와같은 본 발명으로부터 벗어나지 않고 상기 설비들의 상술한 변형 및 조합과 그밖의 변형 및 조합이 이용될 수 있는바, 양호한 실시예에 대한 전기 설명은 청구 범위에 기재된 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니고 단지 예시하기 위한 것이다.

Claims (27)

  1. 기판 표면상에서 물질층을 용착 및 플라나화 하기 위한 것으로서, 상기 층을 형성하도록 상기 기판 표면상에서 상기 물질을 기체상으로부터 용착시키는 단계 및 상기 용착 단계시 상기 층을 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함하는 방법에 있어서, RF 여기 신호가 상기 플라즈마에 대하여 상기 기판상에 바이어스 전압을 유도하므로 상기 용착단계시 상기 플라즈마로부터의 이온이 상기 층을 충돌시키고 상기 물질을 상기층 상에서 이동시키도록 상기 기판에 약 5KHz 내지 약 1MHz의 RF 여기 주파수를 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용착 및 플라나화 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 충돌 이온에 의한 상기 층으로부터의 상기 물질에 대한 리스퍼터링 율이 상기표면상의 상기 물질에 대한 용착율의 약 10% 이하인 것을 특징으로 하는 용착 및 플라나화 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 RF 여기 신호에 의해 유도된 상기 바이어스가 약 100 내지 약 500볼트인 것을 특징으로 하는 용착 및 플라나화 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 RF 여기 신호의 주파수는 상기 기판을 통한 용량성 전압 강하가 약 10볼트 이하가 되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 용착 및 플라나화 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 RF 여기 신호의 주파수가 약 50KHz 내지 약 450KHz인 것을 특징으로 하는 용착 및 플라나화 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 물질이 금속 또는 금속 합금인 것을 특징으로 하는 용착 및 플라나화 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 금속 또는 금속 합급이 적어도 약 50%의 알루미늄을 포함하고 상기 체적 온도가 상기 용착 단계시 약 525℃이하로 유지되는 것을 특징으로 하는 용착 및 플라나화 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 층의 상기 체적 온도가 상기 충돌 단계시 적어도 약 150℃로 유지되는 것을 특징으로 하는 용착 및 플라나화 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 용착 단계 이전에 상기 기판을 약 150℃ 내지 약 400℃로 예비 가열하는 단계를 아울러 포함하는 용착 및 플라나화 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 층의 체적온도가 상기 용착 단계시 상기 물질의 고상온도 이하로 유지되는 것을 특징으로 하는 용착 및 플라나화방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 층의 체적 온도를 유지시키는 단계가 상기 용착 단계시 상기 기판으로부터 열을 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용착 및 플라나화 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 용착단계를 중단하고, 상기 중단시 상기 기판으로부터 열을 추출하며, 상기중단후 상기 용착 단계를 재개하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용착 및 플라나화 방법.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용착 단계가 상기 물질의 아다톰으로 하여금 상기 표면에 수직인 백터에 비스듬한 각도로 상기 표면을 향하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용착 및 플라나화 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 용착 단계가 스퍼터 소스의 부식 표면으로부터 상기 물질의 아다톰을 스퍼터하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용착 및 플라나화 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 부식 표면 및 상기 기판의 상기 표면이 일반적으로 플라나 형태이고, 상기 부식 표면은 상기 용착 단계시 상기 기판의 상기 표면에 대하여 약 10°내지 약 45°의 각도로 놓이게 되는 것을 특징으로 하는 용착 및 플라나화 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 부식 표면 및 상기 기판의 상기 표면이 상기 용착 단계시 수직으로 유지되는 것을 특징으로 하는 용착 및 플라나화 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 기판의 상기 표면에 수직인 축 주위에서 상기 기판을 회전시키는 단계를 아울러 포함하는 것을 특징으로 하는 용착 및 플라나화 방법.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판의 상기 표면은 플라나 랜드 및 약 2μm이하의 직경 및 약 0.5 이상의 특성비를 가진 홀을 포함하며, 상기 물질은 상기 용착 단계시 상기 홀을 체우는 것을 특징으로 하는 용착 및 플라나화 방법.
  19. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판은 반도체 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 용착 및 플라나화 방법.
  20. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이온 충돌 단계가 상기 용착 단계시 상기 물질의 표면 이동도 파라미터를 적어도 약 1미크론으로 유지시키기 위하여 수행되는 것을 특징으로 하는 용착 및 플라나화 방법.
  21. 기판 표면상에서 물질층을 용착 및 플라나화 하기 위한 것으로서, 상기 기판을 홀드시키기 위한 수단, 상기 표면상에 상기 물질층을 형성하도록 상기 표면상에서 상기 물질을 기체상으로부터 용착시키기 위한 수단 및 상기 용착 수단의 동작시 상기 표면에 근접되게 플라즈마를 제공하기 위한 수단을 구비한 장치에 있어서, 상기 기판(50)에 약 5KHz 내지 약 1MHz의 주파수를 갖는 RF 여기 신호를 인가하기 위한 기판 RF 전원 수단(32)을 구비하는 것을 특징으로 하는 용착 및 플라나화 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 층의 체적온도를 상기 물질의 고상 온도 이하로 유지하도록 상기 용착 수단의 동작시 상기 층의 체적 온도를 조절하기 위한 온도제어수단(34)을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 용착 및 플라나화 장치.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 용착 수단(36)이 부식가능한 표면(42)이 상기 기판 및 상기 플라즈마와 마주보도록 상기 부식가능한 표면(42)을 가진 스퍼터 소스(40)를 상기 기판과 근접되게 유지하기 위한 수단과, 상기 부식가능한 표면으로 부터 상기 물질의 스퍼터링을 야기하도록 상기 스퍼터 소스에 바이어스를 인가하기 위한 소스 전원 수단(44)을 구비하는 것을 특징을 하는 플라나화 장치.
  24. 제21항 또는 제22항에 있어서, 스퍼터 소스를 유지하기 위한 상기 수단이 플라나 형태의 부식가능한 표면을 가진 스퍼터 소스를 보지하도록 동작하며, 상기 기판을 유지하기 위한 수단이 전방 표면이 상기 부식가능한 표면에 대하여 약 10°내지 약 45°의 각도로 놓이도록 플라나 형태의 전방 표면을 가진 기판을 보지하기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 용착 및 플라나화 장치.
  25. 제22항에 있어서, 상기 온도제어수단(34)은 상기 물질이 상기 층 내에서 용착됨에 따라 상기 물질에 의한 상기 층에의 열 부가를 제한하도록 상기 용착 수단의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 용착 및 플라나화 장치.
  26. 제22항 또는 제25항에 있어서, 상기 온도제어수단이 상기 용착 수단의 동작시 상기 기판으로부터 열을 추출하기 위한 수단(12)을 구비하는 것을 특징으로 하는 용착 및 플라나화 장치.
  27. 제22항 또는 제25항에 있어서, 상기 온도제어수단이 상기 용착 수단의 동작시 상기 층의 상기 체적온도를 적어도 약 150℃의 상승된 온도 이지만 상기 고상 온도 이하로 유지하도록 동작되는 것을 특징으로하는 용착 및 플라나화 장치.
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